BRPI0712603A2

BRPI0712603A2 - aqueous liquid treatment

Info

Publication number: BRPI0712603A2
Application number: BRPI0712603-4A
Authority: BR
Inventors: Cedric Charles Hanson; Stuart Michael Pigott
Original assignee: Boc Group Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2012-08-14
Also published as: ZA200809912B; KR20090018613A; US20110073545A1; PT2027073E; CA2659657C; AU2007266827A1; AU2007266827B2; KR101452525B1; CA2659657A1; EP2027073B1; WO2007138342A1; CN101535191A; DE602007004979D1; ATE458703T1; US8470169B2; PL2027073T3; ES2341498T3; EP2027073A1; CN101535191B; GB0610384D0

Abstract

Aqueous liquid having an oxygen demand flows into a treatment vessel where it is treated by suspended aerobic bacterial solids in the presence of dissolved oxygen. A pressurised flow of the treated liquid passes to a clarifying membrane separator effective to separate the flow into a discharge stream of clear liquid and a pressurised recycle stream concentrated in the aerobic bacterial solids. A first oxic gas is employed to scour the membranes and is conveyed away from the membrane separator in the pressurised recycle stream. The pressurised recycle stream is returned to under the surface of the liquid in the treatment vessel. A second oxic gas is introduced either into the pressurised recycle stream or into a further pressurised stream of aqueous liquid flowing into the same volume. The rate of introduction of the oxic gases is controlled with reference to the pH and dissolved oxygen concentration of the liquid in the vessel.

Description

"TRATAMENTO DE LÍQUIDO AQUOSO""WATER LIQUID TREATMENT"

Trata-se de uma invenção que relaciona um método e aparelho para tratamento de líquido aquoso que apresenta uma demanda de oxigênio.This invention relates a method and apparatus for treating aqueous liquid that has an oxygen demand.

Um tratamento convencional de água contaminada é realizado em um recipiente por sólidos de bactérias aeróbicas que degradam os contaminantes orgânicos na água na presença de oxigênio. A água no recipiente é agitada para manter os sólidos de bactérias em suspensão. A aeração da água mantém as condições aeróbicas necessárias.Conventional treatment of contaminated water is performed in a container by solids of aerobic bacteria that degrade organic contaminants in water in the presence of oxygen. The water in the container is stirred to keep the bacterial solids in suspension. Water aeration maintains the necessary aerobic conditions.

Em uma estação de tratamento de água contaminada existe geralmente um fluxo contínuo de água a ser tratada no recipiente e um fluxo contínuo de água tratada contendo sólidos de bactérias para fora do recipiente. O fluxo para fora da água tratada é direcionado do recipiente de tratamento para o tanque de decantação onde os sólidos se depositam com a ação da gravidade, deixando um sobrenadante límpido, que pode ser eliminado continua- mente para o meio ambiente ou para tratamento posterior.In a contaminated water treatment plant there is generally a continuous stream of water to be treated in the container and a continuous stream of treated water containing bacterial solids out of the container. The outflow of treated water is directed from the treatment vessel to the settling tank where solids settle under gravity, leaving a clear supernatant which can be continuously disposed of into the environment or for further treatment.

Foi proposto utilizar assentamento pela ação da gravidade e o emprego da filtração por membrana de fluxo cruzado para separar os sólidos de bactérias da água. Uma vanta- gem em potencial da filtração por membrana é que pode ser controlar com sucesso concen- trações maiores de sólidos de bactérias do que a separação pela gravidade. Como resulta- do, maiores quantidades de materiais de descarte aquosos podem ser tratadas. A "força" de um material de descarte aquoso é refletida por sua Demanda de Oxigênio Biológico (BOD) ou por sua Demanda de Oxigênio Químico (COD), ou ambos.It has been proposed to use gravity settling and the use of cross-flow membrane filtration to separate bacterial solids from water. One potential advantage of membrane filtration is that higher concentrations of bacterial solids can be successfully controlled than gravity separation. As a result, larger amounts of aqueous waste materials may be treated. The "strength" of an aqueous waste material is reflected by its Biological Oxygen Demand (BOD) or its Chemical Oxygen Demand (COD), or both.

Até agora, tem sido difícil obter o benefício máximo dos filtros de membrana tubular de fluxo cruzado em um processo de tratamento de água contaminada. As dificuldades sur- gem para manter limpas as superfícies das aberturas das membranas internas e, portanto, explorar sua habilidade em potencial para manter grandes concentrações de sólidos. Essas primeiras dificuldades podem ser abrandadas através da limpeza das superfícies internas das aberturas com bolhas de ar, conforme descrito na patente W001/00307A. Entretanto, o método de limpeza descrito é isolado sem qualquer tentativa de integração de tal limpeza com um processo de tratamento total do líquido aquoso, sendo o principal desafio manter as condições adequadas de tratamento no recipiente de tratamento.Until now, it has been difficult to derive maximum benefit from cross-flow tubular membrane filters in a contaminated water treatment process. Difficulties arise in keeping the surfaces of the inner membrane openings clean and therefore exploiting their potential ability to maintain large solids concentrations. These first difficulties can be alleviated by cleaning the inner surfaces of the bubble openings as described in patent W001 / 00307A. However, the described cleaning method is isolated without any attempt to integrate such cleaning with a total aqueous liquid treatment process, the main challenge being to maintain proper treatment conditions in the treatment vessel.

De acordo com a presente invenção, é fornecido um método para o tratamento do líquido aquoso, que apresenta uma demanda de oxigênio, compreendendo as etapas de: recebimento de um fluxo de líquido em um recipiente; redução da demanda de oxigênio de um volume de líquido no recipiente através do tratamento com sólidos de bactérias aeróbi- cas em suspensão, na presença de oxigênio dissolvido; transporte do recipiente para um separador de membrana clarificante do fluxo do líquido tratado pressurizado, com esse fluxo contendo sólidos de bactérias aeróbicas em suspensão, e o separador de membrana con- tendo um arranjo de membranas capazes de clarificar o fluxo pressurizado; separação do dito fluxo pressurizado através do separador de membrana em i) uma corrente de reciclo pressurizada concentrada nos sólidos de bactéria aeróbicas e ii) uma corrente de saída de líquido transparente; limpeza das membranas com um primeiro gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, com o primeiro gás óxico sendo transportado para fora do separador de membrana na corrente de reciclo pressurizada; retorno da corrente de reciclo pressurizada para abaixo da superfície do volume do líquido no frasco, dessa forma ofere- cendo no mínimo algum oxigênio que é então dissolvido; introdução de um segundo gás óxico selecionado do oxigênio e ar e suas misturas na corrente de reciclo pressurizada e/ou em uma outra corrente pressurizada de líquido aquoso fluindo para o dito volume, e contro- lando a taxa total de introdução do primeiro e do segundo gás com relação ao pH e à con- centração do oxigênio dissolvido do dito volume de líquido aquoso ou aos parâmetros rela- cionados.In accordance with the present invention, there is provided a method for treating aqueous liquid which has an oxygen demand comprising the steps of: receiving a liquid stream in a container; reducing the oxygen demand of a liquid volume in the container by treating with suspended aerobic bacteria solids in the presence of dissolved oxygen; transporting the vessel to a pressurized treated liquid flow clarifying membrane separator, with that flow containing suspended aerobic bacterial solids, and the membrane separator containing a membrane arrangement capable of clarifying the pressurized flow; separating said pressurized flow through the membrane separator into (i) a pressurized recycle stream concentrated in aerobic bacterial solids and (ii) a clear liquid outlet stream; cleaning the membranes with a first toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, with the first toxic gas being transported out of the membrane separator into the pressurized recycle stream; returning the pressurized recycle stream below the volume surface of the liquid in the vial, thereby providing at least some oxygen which is then dissolved; introducing a second toxic gas selected from oxygen and air and mixtures thereof into the pressurized recycle stream and / or another pressurized aqueous liquid stream flowing into said volume, and controlling the total introduction rate of the first and second gas with respect to the pH and dissolved oxygen concentration of said aqueous liquid volume or related parameters.

A invenção também oferece um aparelho para o tratamento de líquido aquoso que apresenta uma demanda de oxigênio, compreendendo: um recipiente de tratamento para receber o fluxo do líquido aquoso, com uma demanda de oxigênio; um dispositivo de disso- lução do oxigênio no dito líquido, na presença de bactérias aeróbicas para reduzir a deman- da de oxigênio de um volume do dito líquido; um dispositivo de transporte do fluxo pressuri- zado do líquido tratado, contendo sólidos de bactérias aeróbicas, do recipiente através de um conduto para um separador de membrana capaz de clarificar o dito líquido tratado em uma corrente de reciclo pressurizada, concentrada em sólidos de bactérias aeróbicas, e uma saída de líquido transparente; um dispositivo para introduzir um primeiro gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, para o dito separador de membrana para lim- par o dito separador de membrana; um conduto para transportar a dita corrente de reciclo pressurizada e o dito primeiro gás óxico de volta para abaixo da superfície do volume do líquido aquoso que apresenta demanda de oxigênio no recipiente; um dispositivo para intro- duzir um segundo gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, no conduto para transporte do dita corrente de reciclo pressurizada e o dito primeiro gás óxico de volta para abaixo da superfície do volume do líquido aquoso que apresenta demanda de oxigênio no recipiente e/ou no conduto para transporte de uma outra corrente pressurizada do líquido aquoso fluindo para o dito volume de líquido aquoso apresentando demanda de oxigênio no recipiente; e, um dispositivo de controle da taxa total de introdução do primeiro e do segun- do gás óxico com relação ao pH e à concentração de oxigênio dissolvido do dito volume de líquido aquoso ou aos parâmetros relacionados.The invention also provides an apparatus for treating aqueous liquid which has an oxygen demand, comprising: a treatment vessel for receiving the flow of aqueous liquid with an oxygen demand; a device for dissolving oxygen in said liquid in the presence of aerobic bacteria to reduce oxygen demand of a volume of said liquid; a pressurized flow conveyor of the treated liquid containing aerobic bacterial solids from the container through a conduit to a membrane separator capable of clarifying said treated liquid in a pressurized recycle stream concentrated in aerobic bacterial solids , and an outlet of transparent liquid; a device for introducing a first toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, into said membrane separator for cleaning said membrane separator; a conduit for conveying said pressurized recycle stream and said first toxic gas back below the volume surface of the aqueous liquid having oxygen demand in the container; a device for introducing a second toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, into the conduit for transporting said pressurized recycle stream and said first toxic gas back below the volume surface of the aqueous liquid that is in demand. oxygen in the container and / or conduit for conveying another pressurized stream of aqueous liquid flowing into said volume of aqueous liquid having oxygen demand in the container; and, a device for controlling the total rate of introduction of the first and second toxic gas with respect to the pH and dissolved oxygen concentration of said aqueous liquid volume or related parameters.

A demanda de oxigênio pode ser uma demanda de oxigênio química (COD) ou bio- lógica ou demanda de oxigênio bioquímica (BOD), ou ambas.Oxygen demand can be either chemical (COD) or biological oxygen demand or biochemical oxygen (BOD) demand, or both.

O uso de gás óxico, de preferência oxigênio, para limpar o separador de membrana e oxigenar a água a ser tratada torna possível o tratamento eficaz do líquido aquoso de des- carte, que apresenta uma alta BOD e/ou COD. Por exemplo, águas contaminadas com CODs na faixa de 1000 mg/l e acima, e BODs na faixa de 500 mg/l e acima podem ser tra- tadas. Além disso, utilizando a mesma fonte ou fontes de gás óxico para limpeza e oxigena- ção, pode reduzir a quantidade total do gás e do aparelho necessário para a operação do tratamento e das etapas de clarificação do método de acordo com a invenção.The use of toxic gas, preferably oxygen, to clean the membrane separator and to oxygenate the water to be treated makes it possible to effectively treat the high discharge BOD and / or COD aqueous discharge liquid. For example, waters contaminated with CODs in the range of 1000 mg / l and above and BODs in the range of 500 mg / l and above can be treated. In addition, by using the same source or sources of toxic gas for cleaning and oxygenation, it may reduce the total amount of gas and apparatus required for the treatment operation and the clarification steps of the method according to the invention.

De preferência, a fração molar do oxigênio molecular no primeiro e/ou no segundo gás óxico é alterada de acordo com o pH e/ou com a concentração de oxigênio dissolvido do volume do líquido. A variação da fração molar pode simplesmente ser obtida pela substitui- ção do ar pelo oxigênio, ou vice-versa, ou através da alteração das proporções da mistura de ar e oxigênio.Preferably, the molar fraction of molecular oxygen in the first and / or second toxic gas is altered according to the pH and / or dissolved oxygen concentration of the liquid volume. Molar fraction variation can simply be achieved by replacing air with oxygen, or vice versa, or by changing the proportions of the air-oxygen mixture.

De preferência, no método de acordo com a invenção, bolhas do primeiro e do se- gundo gás óxico são formadas na corrente ou correntes de líquido aquoso pressurizado, com uma pressão e velocidade suficientes para obter energia suficiente para quando a dita corrente ou correntes entrar(em) no volume do líquido no recipiente, as bolhas do dito gás óxico se transformem em bolhas menores que se dissolvem ou são consumidas dentro do volume do líquido. Tal pressão alta, geralmente de 2 χ 10^5 Pa (2 bar) a 7 χ 10^5 Pa (7 bar), facilita a limpeza eficaz das membranas e a obtenção da eficiência da alta oxigenação. É vantajoso utilizar a corrente de reciclo pressurizada como a corrente pela qual o segundo gás óxico é introduzido, dessa forma removendo ou reduzindo a necessidade de uma cor- rente separada de água pressurizada a ser introduzida no volume de água no recipiente. A escolha da pressão do fluxo tratado do líquido é suficiente para facilitar o transporte do líqui- do transparente através da membrana, enquanto libera a corrente de reciclo com pressão suficiente para a liberação da energia para ocasionar a quebra das bolhas de gás óxico quando a corrente ou correntes pressurizadas contendo o gás óxico são introduzidas no volume do líquido no recipiente através de um ou mais bocais.Preferably, in the method according to the invention, bubbles of the first and second toxic gas are formed in the pressurized aqueous liquid stream or streams at a pressure and velocity sufficient to obtain sufficient energy for when said stream or streams enter. (in) in the volume of the liquid in the container, the bubbles of said toxic gas become smaller bubbles that dissolve or are consumed within the volume of the liquid. Such high pressure, usually from 2 χ 10 ^ 5 Pa (2 bar) to 7 χ 10 ^ 5 Pa (7 bar), facilitates effective membrane cleaning and high oxygenation efficiency. It is advantageous to use the pressurized recycle stream as the stream through which the second toxic gas is introduced, thereby removing or reducing the need for a separate pressurized water stream to be introduced into the water volume in the container. Choosing the pressure of the treated liquid flow is sufficient to facilitate the transport of transparent liquid through the membrane, while releasing the recycle stream with sufficient pressure to release energy to cause the breakdown of toxic gas bubbles when the current flows. or pressurized streams containing the toxic gas are introduced into the liquid volume in the container through one or more nozzles.

De preferência, no método de acordo com a invenção, a introdução da corrente ou correntes de reciclo no volume do líquido no recipiente causa agitação suficiente para man- ter os sólidos de bactérias em suspensão e auxilia na distribuição do oxigênio através do volume do líquido no recipiente, o que é vantajoso na redução da necessidade de novos aparelhos, tais como agitadores mecânicos, para causar tal agitação.Preferably, in the method according to the invention, introducing the recycle stream or streams into the liquid volume in the container causes sufficient agitation to keep the bacterial solids in suspension and assists in the distribution of oxygen through the liquid volume in the container. which is advantageous in reducing the need for new apparatus, such as mechanical stirrers, to cause such agitation.

É de preferência que o fluxo do líquido tratado seja pressurizado através de uma bomba que seja capaz de pressurizar o líquido de forma a facilitar o transporte do líquido transparente através da membrana, enquanto libera a corrente ou correntes de reciclo pres- surizadas com pressão suficiente para liberar a energia para a quebra das bolhas de gás.It is preferred that the flow of treated liquid be pressurized through a pump that is capable of pressurizing liquid to facilitate transport of transparent liquid through the membrane while releasing pressurized stream or recycle streams with sufficient pressure to release the energy to break the gas bubbles.

Para as bactérias se desenvolverem e reduzirem a demanda de oxigênio da água contaminada, é vantajoso controlar tanto o conteúdo de oxigênio dissolvido como o pH do volume do líquido no recipiente. Isso é obtido de preferência variando a taxa de fornecimen- to do gas óxico para o fluxo tratado do líquido ou para a corrente ou correntes de reciclo pressurizadas, e/ou variando a fração molar do oxigênio no gás óxico.For bacteria to develop and reduce the oxygen demand of contaminated water, it is advantageous to control both the dissolved oxygen content and the pH of the liquid volume in the container. This is preferably achieved by varying the rate of delivery of the toxic gas to the treated liquid stream or pressurized recycle stream or streams, and / or by varying the molar fraction of oxygen in the toxic gas.

A taxa de fluxo do gás óxico para o separador de membrana pode variar de acordo com os parâmetros de operação da membrana de fluxo cruzado específica em uso. Logo, não será sempre possível fornecer gás óxico suficiente a montante do separador de mem- brana para garantir as demandas significativas do líquido no recipiente sem sacrificar a habi- lidade clarificante do separador da membrana. Portanto, um segundo gás óxico é fornecido para a corrente de reciclo pressurizada, ou para uma corrente de água pressurizada sepa- rada.The flow rate of the toxic gas to the membrane separator may vary according to the operating parameters of the specific cross flow membrane in use. Therefore, it will not always be possible to supply sufficient toxic gas upstream of the membrane separator to meet the significant demands of the liquid in the container without sacrificing the clarifying ability of the membrane separator. Therefore, a second toxic gas is supplied to the pressurized recycle stream, or to a separate pressurized water stream.

A taxa total de fornecimento do primeiro e do segundo gás óxico é alterada de pre- ferência em relação à concentração percebida de oxigênio dissolvido instantaneamente do volume do líquido aquoso no recipiente. Além disso, os fluxos relativos do primeiro e do se- gundo fluxo de oxigênio do ar são alterados de preferência em relação à concentração signi- ficativa do oxigênio dissolvido instantaneamente. Por exemplo, mais oxigênio e menos ar podem ser fornecidos com uma baixa concentração de oxigênio dissolvido e menos oxigênio e mais ar podem ser fornecidos com uma maior concentração de oxigênio dissolvido. A taxa de fluxo do primeiro gás óxico e sua fração molar de oxigênio podem, entretanto, permane- cerem constantes. Nesse caso, a taxa de fluxo de uma fração molar do oxigênio no segundo gás óxico é alterada.The total delivery rate of the first and second toxic gas is preferably changed from the perceived concentration of dissolved oxygen instantly from the volume of aqueous liquid in the container. In addition, the relative flows of the first and second air oxygen flows are preferably changed relative to the significant dissolved oxygen concentration instantaneously. For example, more oxygen and less air may be supplied with a lower concentration of dissolved oxygen and less oxygen and more air may be supplied with a higher concentration of dissolved oxygen. The flow rate of the first toxic gas and its molar oxygen fraction may, however, remain constant. In this case, the flow rate of a molar fraction of oxygen in the second toxic gas is changed.

A taxa total de fornecimento do primeiro e do segundo gás óxico pode também ser alterada de acordo com o pH do volume do líquido aquoso no recipiente. O CO2 formado pelo tratamento bacteriano dos constituintes de carbono na água contaminada se dissolve na água produzindo ácido carbônico, o que causa a redução do valor do pH da água. A mai- or parte dos sólidos de bactérias aeróbicas não tolera valores de pH menores do que 5,5. As taxas relativas do fluxo do primeiro fluxo de oxigênio e do segundo fluxo de ar podem variar com relação ao pH do dito volume de líquido aquoso no recipiente.The total delivery rate of the first and second toxic gas may also be changed according to the pH of the aqueous liquid volume in the container. CO2 formed by the bacterial treatment of carbon constituents in contaminated water dissolves in water producing carbonic acid, which causes a reduction in the water pH value. Most aerobic bacterial solids do not tolerate pH values below 5.5. The relative flow rates of the first oxygen flow and the second air flow may vary with respect to the pH of said volume of aqueous liquid in the container.

De preferência, o volume do líquido no recipiente é mantido com o pH 7 ou menor, embora o valor do pH possa ser aumentado até 8 dependendo da composição do líquido aquoso, com maior preferência é mantido entre 6,0 e 7,0, particularmente entre 6,9 e 6,5. Tais valores de pH são altos o suficiente para permitir a dissolução do oxigênio no líquido, para proteger os sólidos de bactérias e remover e evitar constantemente a formação de uma camada fina na superfície da membrana que ocorre devido ao depósito de minerais na água contaminada, que não são removidos pela lavagem.Preferably, the volume of the liquid in the container is maintained at pH 7 or below, although the pH value may be increased to 8 depending on the composition of the aqueous liquid, more preferably between 6.0 and 7.0, particularly. between 6.9 and 6.5. Such pH values are high enough to allow oxygen to dissolve in the liquid, to protect solids from bacteria and to constantly remove and prevent the formation of a thin layer on the membrane surface that occurs due to the deposition of minerals in the contaminated water. are not removed by washing.

Cada membrana apresenta, de preferência, uma abertura com uma face porosa in- terna e uma externa, existindo um gradiente de aumento do diâmetro do poro da sua face interna para a externa, em contato com o fluxo pressurizado do líquido tratado, para a face porosa externa, onde o líquido transparente é liberado das membranas. É de preferência que o tamanho do poro na face interna seja pequeno o suficiente para evitar que os solidos de bactérias passem através da membrana. Um exemplo de tal sistema é o descrito na pa- tente W001/00307A, que utiliza membranas tubulares de polietersulfona com um aumento no gradiente do diâmetro do poro da superfície da abertura interna do tubo para a parede externa. Entretanto, não é essencial que as membranas sejam tubulares.Each membrane preferably has an opening with an inner and an outer porous face, with a gradient of pore diameter increasing from its inner to outer face in contact with the pressurized flow of treated liquid to the face. external porous, where the transparent liquid is released from the membranes. It is preferably that the pore size on the inner face is small enough to prevent bacterial solids from passing through the membrane. An example of such a system is described in patent W001 / 00307A, which uses polyethersulfone tubular membranes with an increase in the pore diameter gradient from the surface of the inner opening of the pipe to the outer wall. However, it is not essential that the membranes be tubular.

O calor gerado no tratamento é geralmente perdido na atmosfera através da evapo- ração. O método e aparelho, de acordo com a presente invenção, são vantajosos para uma entrada conhecida de água contaminada a ser tratada. Um recipiente para tratamento de um volume relativamente pequeno contendo uma alta concentração de sólidos de bactérias po- de ser utilizado, dessa forma reduzindo a perda de calor pela evaporação da superfície do líquido. É possível manter a carga do líquido no recipiente de tratamento em temperaturas entre 20°C e 80°C, isto é, acima da temperatura ambiente. A temperatura pode ser selecio- nada para que as bactérias mesofílicas aeróbicas sejam capazes de degradar os constituin- tes orgânicos e se reproduzir a uma taxa maior, ou para que mais bactérias termofílicas po- tentes possam ser utilizadas para o tratamento da água. Em temperaturas mais altas, por exemplo, 60°C e acima, pode ser possível destruir patógenos, tais como e-coli ou salmonel- la. O aquecimento ou resfriamento a partir de uma fonte externa pode ser produzido para controlar a temperatura do líquido aquoso no recipiente de tratamento.The heat generated in the treatment is usually lost in the atmosphere through evaporation. The method and apparatus according to the present invention is advantageous for a known inlet of contaminated water to be treated. A relatively small volume treatment vessel containing a high concentration of bacterial solids can be used, thereby reducing heat loss by evaporation of the liquid surface. It is possible to maintain the liquid charge in the treatment vessel at temperatures between 20 ° C and 80 ° C, ie above ambient temperature. The temperature may be selected so that aerobic mesophilic bacteria are able to degrade organic constituents and reproduce at a higher rate, or so that more potent thermophilic bacteria can be used for water treatment. At higher temperatures, for example 60 ° C and above, it may be possible to destroy pathogens such as e-coli or salmonella. Heating or cooling from an external source may be produced to control the temperature of the aqueous liquid in the treatment vessel.

O método e aparelho, de acordo com a presente invenção, serão descritos através de exemplos, com referência aos desenhos em anexo, onde:The method and apparatus according to the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings where:

A Figura 1 é um diagrama de fluxo esquemático do aparelho para desenvolver o método de acordo com a invenção.Figure 1 is a schematic flow diagram of the apparatus for developing the method according to the invention.

A Figura 2 é um desenho esquemático, parcialmente em perspectiva, de uma seção do aparelho de aeração no recipiente de tratamento de acordo com a invenção.Figure 2 is a schematic, partially perspective drawing of a section of the aeration apparatus in the treatment vessel according to the invention.

A Figura 3 é uma visualização aumentada seccional de uma forma de preferência de um difusor de introdução de gás para uso nas modalidades da invenção.Figure 3 is a sectional enlarged view of a preferably a gas introduction diffuser for use in embodiments of the invention.

Os desenhos não apresentam escala.The drawings do not have scale.

Partes semelhantes nas diferentes figuras apresentam os mesmos números de re- ferência. O uso do sufixo A significa um elemento particularmente adaptado para a introdu- ção de oxigênio, e o uso do sufixo B significa um elemento particularmente adaptado para a introdução do ar.Similar parts in the different figures have the same reference numbers. The use of suffix A means an element particularly suited for introducing oxygen, and the use of suffix B means an element particularly suited for introducing air.

Com relação à figura 1, um fluxo do líquido aquoso que apresenta uma demanda variada de oxigênio é transportado continuamente para uma entrada 2 situada ao lado de um recipiente de tratamento aberto 4. O recipiente 4 pode apresentar qualquer capacidade desejada. Geralmente, suporta de 50 a 5000 m3 de líquido. Geralmente, a profundidade do líquido no recipiente 4 está na faixa de 3 a 15 metros. O líquido pode ser, por exemplo, água contaminada doméstica ou industrial apresentando uma BOD e/ou uma COD, com o valor da demanda de oxigênio relacionado à concentração e à natureza dos poluentes químicos ou orgânicos presentes. Por exemplo, água contaminada doméstica não tratada pode apre- sentar uma BOD de 400 mg/L e uma COD de 1000 mg/L. A água contaminada contém ge- ralmente bactérias aeróbicas, onde na presença de oxigênio molecular dissolvido separa os poluentes e reduz a demanda de oxigênio da água. Se tais bactérias não estão presentes, podem ser semeadas na água contaminada.Referring to Figure 1, a flow of aqueous liquid having varying oxygen demand is continuously conveyed to an inlet 2 adjacent to an open treatment vessel 4. The vessel 4 may have any desired capacity. It usually supports 50 to 5000 m3 of liquid. Generally, the depth of the liquid in container 4 is in the range of 3 to 15 meters. The liquid may be, for example, domestic or industrial contaminated water having a BOD and / or a COD, with the oxygen demand value related to the concentration and nature of the chemical or organic pollutants present. For example, untreated domestic contaminated water may have a BOD of 400 mg / L and a COD of 1000 mg / L. Contaminated water generally contains aerobic bacteria, where in the presence of dissolved molecular oxygen it separates pollutants and reduces oxygen demand from water. If such bacteria are not present, they can be sown in contaminated water.

A demanda de oxigênio da água contaminada é reduzida no recipiente por trata- mento aeróbico com sólidos de bactérias aeróbicas na presença de oxigênio dissolvido, de acordo com a fórmula geral 1:The oxygen demand of contaminated water is reduced in the container by aerobic treatment with aerobic bacterial solids in the presence of dissolved oxygen according to general formula 1:

Fórmula 1Formula 1

Material orgânico + O2 + bactérias + nutrientes CO2 + bactérias + outros produtos finaisOrganic material + O2 + bacteria + nutrients CO2 + bacteria + other end products

Assim como os produtos demonstrados na fórmula 1, a energia na forma de calor é liberada, o que aumenta a temperatura da água contaminada no recipiente 4. Os sólidos de bactérias utilizados para o tratamento podem compreender tanto bactérias mesofílicas como termofílicas. As populações e taxas de crescimento destas bactérias variam de acordo com a temperatura. Desta forma, a temperatura do líquido aquoso no recipiente de tratamento 4 pode ser controlada. Geralmente, o recipiente pode ser resfriado com esse objetivo. Se a temperatura da água contaminada no recipiente de tratamento está entre 20°C e 50°C, as bactérias mesofílicas predominam, sendo a temperatura de 20°C a 50°C a de preferência. Se a temperatura no recipiente de tratamento está entre 35°C e 75°C, as bactérias termofíli- cas predominam, sendo a temperatura entre 40°C a 60°C a de preferência. A água no reci- piente 4 é agitada de forma a manter os sólidos de bactérias em suspensão. Para o cresci- mento bacteriano, uma concentração suficiente de oxigênio dissolvido é necessária. No tra- tamento convencional de água contaminada, a aeração é a única fonte de oxigênio dissolvi- do. A aeração, entretanto, apresenta limitações no processo de tratamento, tornando difícil controlar os efluentes com alta demanda de oxigênio.As with the products shown in formula 1, heat energy is released, which increases the temperature of the contaminated water in container 4. The bacterial solids used for treatment may comprise both mesophilic and thermophilic bacteria. Populations and growth rates of these bacteria vary with temperature. In this way, the temperature of the aqueous liquid in the treatment vessel 4 can be controlled. Generally, the container can be cooled for this purpose. If the temperature of the contaminated water in the treatment vessel is between 20 ° C and 50 ° C, the mesophilic bacteria predominate, the temperature being preferably from 20 ° C to 50 ° C. If the temperature in the treatment vessel is between 35 ° C and 75 ° C, the thermophilic bacteria predominate, with the temperature between 40 ° C and 60 ° C being preferably. The water in container 4 is stirred to keep the bacterial solids in suspension. For bacterial growth, a sufficient concentration of dissolved oxygen is required. In conventional contaminated water treatment, aeration is the only source of dissolved oxygen. Aeration, however, has limitations in the treatment process, making it difficult to control effluents with high oxygen demand.

Um fluxo de água contaminada tratada, com demanda de oxigênio reduzida e con- tendo sólidos de bactérias aeróbicas, é continuamente retirado da saída 3, próxima a base do recipiente 4, e é pressurizado para entre 2 χ 10^5 Pa (2 bar) a 7 χ 10^5 Pa (7 bar) por uma bomba 8. O fluxo pressurizado é transportado através do conduto 6, geralmente formado de PVC ou HDPE (polietileno de alta densidade), por uma bomba 8 para uma unidade de sepa- ração de membrana clarificante 10. A unidade de separação 10 contém de preferência um arranjo de membranas clarificantes tubulares do tipo fluxo cruzado 11. As membranas são geralmente elaboradas com uma leve queda de pressão, na faixa de 5 χ 10^4 Pa (0,5 bar) a 1 χ 10^5 Pa (1 bar). Tal queda de pressão pode ser obtida através da formação das membranas tubulares de materiais, tais como polietersulfonas, com um aumento no gradiente de diâme- tro do poro da superfície interna da abertura do tubo para a parede externa. O fluxo pressu- rizado, que atravessa a unidade de separação da membrana 10, passa pela abertura interna das membranas 11 e é separado em i) uma corrente de reciclo pressurizada, concentrada em sólidos de bactérias, que passa através da abertura interna das membranas 11 e é Iibe- rada da unidade de separação 10, através da saída 16, e ii) uma corrente de descarga de líquido transparente, que passa através da membrana e é liberada da unidade de separação 10 através das saída 14. As unidades de separação da membrana adequadas são ampla- mente disponíveis comercialmente.A stream of treated contaminated water with reduced oxygen demand and containing aerobic bacterial solids is continuously withdrawn from outlet 3 near the base of vessel 4 and pressurized to between 2 χ 10 ^ 5 Pa (2 bar). at 7 χ 10 ^ 5 Pa (7 bar) by a pump 8. The pressurized flow is conveyed through conduit 6, generally formed of PVC or HDPE (high density polyethylene), by a pump 8 to a separation unit. 10. The separation unit 10 preferably contains an arrangement of cross-flow type 11 tubular clarifying membranes. The membranes are generally made with a slight pressure drop in the range of 5 χ 10 ^ 4 Pa (0.5 bar) at 1 χ 10 ^ 5 Pa (1 bar). Such a pressure drop can be achieved by forming the tubular membranes of materials such as polyethersulfones with an increase in the pore gradient of the inner surface of the pipe opening to the outer wall. The pressurized flow through the membrane separation unit 10 passes through the inner opening of the membranes 11 and is separated by i) a pressurized recycle stream concentrated in bacterial solids that passes through the inner opening of the membranes 11 and is released from the separation unit 10 through outlet 16, and (ii) a clear liquid discharge stream, which passes through the membrane and is released from the separation unit 10 through outputs 14. Suitable membranes are widely available commercially.

A corrente transparente que é liberada da unidade de separação da membrana 10 na saída 14 pode exigir outro tratamento para remover patógenos não removidos, tais como vírus, e-coli e salmonella, por tratamento aeróbico ou etapas de separação.The transparent stream that is released from the membrane separation unit 10 at outlet 14 may require further treatment to remove unremoved pathogens, such as viruses, e-coli and salmonella, by aerobic treatment or separation steps.

A separação do fluxo pressurizado libera depósitos de sólidos de bactérias na su- perfície de abertura interna das membranas 11, que caso permaneçam não tratados, podem aumentar a queda de pressão das ditas membranas 11. Um primeiro gás óxico, selecionado do oxigênio e ar e suas misturas, é introduzido no fluxo pressurizado a montante da unidade do separador 10, nas entradas 12A ou 12B, respectivamente. Em um arranjo, o oxigênio é fornecido para a entrada 12A e o ar para entrada 12B. O primeiro gás óxico forma bolhas, algumas vezes denominadas como bolhas de "Taylor", na entrada da abertura interna das membranas tubulares 11.0 oxigênio pode ser fornecido, por exemplo, a partir de uma insta- lação (não demonstrada) para separar o ar, através, por exemplo, da adsorção com oscila- ção de pressão ou a partir de um recipiente de armazenagem (não demonstrado) contendo gás óxico líquido e equipado com um evaporador por meio do qual o gás óxico pode ser fornecido para a entrada 12A no estado gasoso. O ar pode ser fornecido de um soprador de ar ou compressor (não demonstrado) para a entrada 12B. A medida que as bolhas de Taylor transitam pelas aberturas internas das membranas 11, elas causam turbulência por onde passam, lavando, isto é, limpando, as superfícies das membranas 11 rompendo os sólidos de bactérias acumulados na superfície da abertura interna. O primeiro gás óxico de limpeza passa através da abertura interna das membranas 11, e é, portanto, retirado da unidade de separação 10 através da saída 16 pela corrente de reciclo pressurizada.Separation of the pressurized flow releases bacterial solids deposits on the inner opening surface of the membranes 11 which, if left untreated, may increase the pressure drop of said membranes 11. A first toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof is fed into the pressurized flow upstream of the separator unit 10 at inlets 12A or 12B respectively. In one arrangement, oxygen is supplied to inlet 12A and air to inlet 12B. The first toxic gas bubbles, sometimes referred to as "Taylor" bubbles, at the inlet of the inner opening of the tubular membranes 11.0 oxygen can be supplied, for example, from a facility (not shown) to separate air, through, for example, pressure swing adsorption or from a storage container (not shown) containing liquid toxic gas and equipped with an evaporator whereby the toxic gas may be supplied to the 12A inlet state. gaseous. Air may be supplied from an air blower or compressor (not shown) to inlet 12B. As Taylor bubbles pass through the inner openings of the membranes 11, they cause turbulence wherever they pass, washing, i.e. cleaning, the surfaces of the membranes 11 by disrupting the accumulated bacterial solids on the inner aperture surface. The first toxic cleaning gas passes through the inner opening of the membranes 11, and is therefore withdrawn from the separation unit 10 through the outlet 16 by the pressurized recycle stream.

A corrente de reciclo pressurizada contendo bolhas do gás de limpeza passa atra- vés do conduto 18. O conduto 18 é geralmente formado de tubo de PVC ou HDPE (polietile- no de alta densidade) com um diâmetro interno de 200 mm (8 polegadas). O conduto 18 pode conter também uma configuração criadora de turbulência, tal como um orifício de res- trição, para evitar ou limitar a aglutinação das bolhas de gás de limpeza em cavidades sepa- radas de gás. É também vantajoso minimizar o comprimento do conduto 18 entre a saída 16 e o conduto 20 para evitar a aglutinação das bolhas. A bomba 8 pressuriza suficientemente o fluxo tratado, conduzido através do conduto 6, para que a corrente de reciclo seja liberada da unidade de separação da membrana 10 para passar através do conduto 18 com uma velocidade de no mínimo 4-6 m/s.The pressurized recycle stream containing cleaning gas bubbles passes through conduit 18. Conduit 18 is generally formed of PVC or HDPE (high density polyethylene) pipe with an internal diameter of 200 mm (8 inches). . The conduit 18 may also contain a turbulence creating configuration, such as a restriction orifice, to prevent or limit the agglutination of the cleaning gas bubbles into separate gas cavities. It is also advantageous to minimize the length of conduit 18 between outlet 16 and conduit 20 to avoid agglutination of the bubbles. Pump 8 sufficiently pressurizes the treated flow through conduit 6 so that the recycle stream is released from membrane separation unit 10 to pass through conduit 18 at a speed of at least 4-6 m / s.

Com relação à figura 2, o conduto 20 pode assumir a forma de um condutor em a- nel fechado que, se desejado, pode ser imerso no volume do líquido no recipiente 4. A cor- rente pressurizada entra no conduto 20, formado de materiais e dimensões similares ao conduto 18, a uma velocidade que é suficiente para evitar o crescimento de sólidos de bac- térias no conduto 20, por exemplo, na faixa de 0,6 m/s e 1,2 m/s. O conduto 20 é adaptado para alimentar a corrente pressurizada para uma pluralidade ou multiplicidade de condutos subsidiários espaçados 22A, 22B que dependem geralmente e verticalmente disso, com cada conduto sendo formado com um ângulo a montante 23 contíguo ao conduto 20. Cada conduto 22 é geralmente menor do que cinco metros (mas pode ser maior ou menor, de- pendendo da profundidade do recipiente 4) e apresenta um diâmetro entre 75 e 50 mm. Ca- da conduto subsidiário 22 pode apresentar um difusor de introdução do segundo gás óxico 24, demonstrado em detalhes na figura 3, colocado nesse ponto na região superior. Cada difusor 24 apresenta uma entrada 26 para a introdução de um segundo gás óxico, ar ou oxi- gênio. As entradas 26A são destinadas ao oxigênio, geralmente sendo conectadas ao mes- mo tubo de oxigênio utilizado para fornecer o oxigênio para a entrada 12A, e as entradas 26B são destinadas ao ar, geralmente sendo conectadas ao mesmo tubo de ar utilizado pa- ra fornecer ar para a entrada 12B. De preferência, existe um arranjo de válvulas que permite o fornecimento de oxigênio ou ar ou ambos, a qualquer momento. Uma configuração ade- quada para o difusor 24 é demonstrada na figura 3.Referring to Figure 2, the conduit 20 may take the form of a closed-loop conductor which, if desired, may be immersed in the volume of liquid in the container 4. The pressurized stream enters conduit 20 formed of materials. and dimensions similar to conduit 18 at a rate sufficient to prevent the growth of bacterial solids in conduit 20, for example, in the range 0.6 m / s and 1.2 m / s. The conduit 20 is adapted to feed the pressurized stream to a plurality or multiplicity of spaced subsidiary conduits 22A, 22B which depend generally and vertically thereof, with each conduit being formed with an upstream angle 23 adjacent to conduit 20. Each conduit 22 is generally less than five meters (but may be larger or smaller depending on the depth of the container 4) and has a diameter between 75 and 50 mm. Each subsidiary conduit 22 may have an introducer diffuser of the second toxic gas 24, shown in detail in FIG. Each diffuser 24 has an inlet 26 for introducing a second toxic gas, air or oxygen. Inlets 26A are intended for oxygen, usually being connected to the same oxygen tube used to supply oxygen to inlet 12A, and inputs 26B are intended for air, usually being connected to the same air tube used to supply oxygen. air to inlet 12B. Preferably, there is a valve arrangement that allows the supply of oxygen or air or both at any time. A suitable configuration for diffuser 24 is shown in figure 3.

Com referência à figura 3, o difusor 24 compreende um duto 120 formado geral- mente por uma primeira seção convergente, tal como, por exemplo, um cone cortado 122, e uma segunda seção geralmente divergente 124 (o fluxo da corrente pressurizada através do difusor na figura 3 é da direita para a esquerda, conforme indicado pela seta). A primeira se- ção é fornecida com uma extremidade de saída mais estreita 126 do que a extremidade de entrada 128 da segunda seção 128, e as duas são sobrepostas para definir um espaço an- gular 130 entre elas. Uma câmara 131 formada por uma parte da parede (na forma de, por exemplo, um tubo circular direito 132 que se estende entre a primeira e a segunda seção 122, 124) e as seções 122,124 recebem o gás através da entrada 26 para direcioná-lo atra- vés do espaço angular para dissolução na corrente pressurizada que flui através do duto 120. A primeira e a segunda seção 122, 124 se movem de forma axial em relação ao tubo 132, através das roscas de parafuso 134, 136, de forma a variar o tamanho do espaço anu- lar 130 e, portanto, a área seccional cruzada na qual o gás é capaz de fluir. A operação do difusor 24 é descrita na EP 673885 B1.Referring to Figure 3, diffuser 24 comprises a duct 120 generally formed by a first converging section, such as, for example, a cut cone 122, and a generally diverging second section 124 (the flow of pressurized current through the diffuser in figure 3 is from right to left as indicated by the arrow). The first section is provided with a narrower output end 126 than the input end 128 of the second section 128, and the two are overlapped to define an angled space 130 between them. A chamber 131 formed by a portion of the wall (in the form of, for example, a straight circular tube 132 extending between the first and second sections 122, 124) and sections 122,124 receive gas through inlet 26 to direct them. through the angular space for dissolution in the pressurized current flowing through the duct 120. The first and second sections 122, 124 move axially with respect to the tube 132 through the screw threads 134, 136 so as to varying the size of the annular space 130 and thus the cross sectional area in which the gas is able to flow. The operation of diffuser 24 is described in EP 673885 B1.

Novamente, com relação à figura 2, cada conduto 22 apresenta um tubo em forma de T a jusante em sua extremidade inferior onde existem um ou mais bocais de saída 28 para passagem da mistura líquido-gás no volume do líquido no recipiente 4. Cada bocal 28A, 28B apresenta um diâmetro de saída geralmente na faixa de 10 a 45 milímetros, isto é, muito menor do que o do conduto associado 22, por meio do qual a mistura líquido-gás sai do bocal com alta velocidade criando turbulência, ajudando também a quebrar ou partir bo- lhas de gás óxico na mistura em bolhas menores que são prontamente consumidas ou dis- solvidas no corpo principal do líquido, proporcionando uma mistura homogênea, e oferecen- do agitação para o corpo principal do líquido. Geralmente, bocais suficientes 28 são forneci- dos para um nível adequado de agitação a ser mantido dentro do recipiente principal sem a necessidade de recorrer a agitadores mecânicos adicionais. Os bocais 28 geralmente dire- cionam o líquido radialmente para dentro. Essa configuração permite que as bolhas de gás óxico permaneçam por mais tempo no líquido dentro do recipiente 4 e ajuda a regular a quantidade de oxigênio perdido para a atmosfera.Again, with respect to Figure 2, each conduit 22 has a T-shaped tube downstream at its lower end where there are one or more outlet nozzles 28 for passage of the liquid-gas mixture into the volume of the liquid in the container 4. Each nozzle 28A, 28B has an outlet diameter generally in the range of 10 to 45 millimeters, that is, much smaller than that of the associated conduit 22, whereby the liquid-gas mixture exits the nozzle at high velocity creating turbulence, also helping breaking or breaking toxic gas bubbles in the mixture into smaller bubbles that are readily consumed or dissolved in the main body of the liquid, providing a homogeneous mixture, and offering agitation to the main body of the liquid. Generally, sufficient nozzles 28 are provided for an adequate level of agitation to be maintained within the main container without the need for additional mechanical stirrers. Nozzles 28 generally direct liquid radially inwardly. This setting allows the toxic gas bubbles to remain longer in the liquid inside the container 4 and helps to regulate the amount of oxygen lost to the atmosphere.

O aparelho, apresentado na figura 1, pode, por exemplo, ser utilizado para tratar e clarear 1000 m3 ou seus múltiplos de água contaminada por dia, com uma concentração de sólidos de bactérias aeróbicas de até 40 kg/m3, geralmente dissolve até 5000 kg (5 tonela- das) ou seus múltiplos por dia de água contaminada com uma BOD de até 25000 mg/L, e uma COD de até 50000 mg/L, utilizando uma bomba 8 capaz de transportar entre 1000 - 2000 m3/dia de água em torno do aparelho com uma pressão de aproximadamente 2 χ 10^5 Pa (2 bar) a 7 χ 10^5 Pa (7 bar).The apparatus shown in Figure 1 can, for example, be used to treat and clear 1000 m3 or multiples of contaminated water per day, with a concentration of aerobic bacterial solids of up to 40 kg / m3, generally dissolving up to 5000 kg. (5 tonnes) or multiples per day of water contaminated with a BOD of up to 25000 mg / L and a COD of up to 50000 mg / L using a pump 8 capable of transporting between 1000 - 2000 m3 / day of water. around the apparatus with a pressure of approximately 2 χ 10 ^ 5 Pa (2 bar) to 7 χ 10 ^ 5 Pa (7 bar).

Uma pluralidade de dispositivos de monitoramento (DO) de oxigênio dissolvido 34 e dispositivos de monitoramento de pH 32 são fornecidos dentro do volume do líquido no reci- piente 4 (dispositivos únicos indicados na figura 1, mas dispositivos múltiplos podem ser utilizados). Ambos os dispositivos 32 e 34 são conectados a um dispositivo de controle 36, que pode ser, por exemplo, um microprocessador ou dispositivo de controle lógico progra- mável. O dispositivo 36 é também conectado às entradas do gás 12A e 12B a montante do separador de membrana 10 e das entradas de gás adicionais 26A e 26B. Pode também ser adequado para os dispositivos 32 e 34 permanecerem no conduto 6.A plurality of dissolved oxygen monitoring (DO) devices 34 and pH monitoring devices 32 are provided within the volume of liquid in container 4 (single devices indicated in figure 1, but multiple devices may be used). Both devices 32 and 34 are connected to a control device 36, which may be, for example, a microprocessor or programmable logic control device. Device 36 is also connected to gas inlets 12A and 12B upstream of membrane separator 10 and additional gas inlets 26A and 26B. It may also be suitable for devices 32 and 34 to remain in conduit 6.

A medida que a força do líquido aquoso no recipiente 4 aumenta, os níveis da DO percebidos pelo dispositivo 34 serão reduzidos a medida que as bactérias aeróbicas conso- mem oxigênio na degradação dos constituintes orgânicos, de acordo com a fórmula 1 acima. Para as bactérias se desenvolverem, a demanda de oxigênio deve ser consumada. Em um ponto de configuração pré-determinado de DO ou demanda de oxigênio, o dispositivo de controle 36 aciona a entrada do gás 12A para aumentar a taxa de fluxo do primeiro gás óxi- co, geralmente o oxigênio, fornecido a montante do separador de membrana 10. Se a de- manda de oxigênio percebida for alta o suficiente, a taxa de fluxo de gás óxico fornecida pela entrada 12A pode atingir um limite no qual o separador 10 seja capaz de lidar, antes que sua habilidade para separar o fluxo pressurizado seja comprometida. Neste caso, o dis- positivo de controle 36 aciona a entrada do gás 26A para fornecer gás óxico adicional para a corrente pressurizada no conduto 22A, para reabastecer o oxigênio necessário pelas bacté- rias aeróbicas no recipiente 4.As the strength of the aqueous liquid in container 4 increases, the DO levels perceived by device 34 will be reduced as aerobic bacteria consume oxygen in the degradation of organic constituents according to formula 1 above. For bacteria to develop, oxygen demand must be consumed. At a predetermined DO or oxygen demand setting point, the control device 36 triggers the 12A gas inlet to increase the flow rate of the first oxy gas, usually oxygen, supplied upstream of the membrane separator. 10. If the perceived oxygen demand is high enough, the toxic gas flow rate provided by inlet 12A may reach a limit that separator 10 can handle before its ability to separate pressurized flow is impaired. compromised. In this case, control device 36 triggers gas inlet 26A to provide additional toxic gas to the pressurized stream in conduit 22A to replenish the oxygen needed by the aerobic bacteria in container 4.

Ao contrário, quando a água contaminada foi tratada, ou apresenta baixa força, os níveis da DO aumentarão e, portanto, a demanda instantânea percebida no recipiente cairá. Neste caso, o dispositivo de controle 36 irá reduzir a taxa de fluxo do oxigênio das entradas 12A e 26A ou acionar as válvulas 12B e 26B para diluir, ou substituir o oxigênio por ar para reduzir os custos de processamento da fábrica.Conversely, when contaminated water has been treated, or is low in force, DO levels will increase and therefore the perceived instant demand in the container will fall. In this case, the control device 36 will reduce the oxygen flow rate from inlets 12A and 26A, or drive valves 12B and 26B to dilute, or replace oxygen with air to reduce plant processing costs.

É também de preferência submergir o sensor de temperatura 38 no volume do li- quido no recipiente 4, ou conduto 6, que combinado com o dispositivo de controle 36 permite a variação na solubilidade do oxigênio de acordo com a temperatura e, portanto, altera a taxa de fluxo e/ou proporção do ar e oxigênio fornecida para a corrente ou correntes pressu- rizadas desta forma. O sensor de temperatura 38 pode também ser utilizado para controlar a obtenção do resfriamento (ou aquecimento) no recipiente 4 para manter a temperatura com um valor mais próximo ou dentro de uma faixa mais próxima.It is also preferably to submerge the temperature sensor 38 in the volume of the liquid in the container 4, or conduit 6, which combined with the control device 36 allows for variation in oxygen solubility according to temperature and thus alters the temperature. flow rate and / or ratio of air and oxygen delivered to the stream or streams pressurized in this way. Temperature sensor 38 may also be used to control for cooling (or heating) in container 4 to maintain temperature at or within a closer range.

O CO2 formado na degradação dos constituintes orgânicos, de acordo com a fórmu- la 1, se dissolve na água para formar ácido carbônico, podendo afetar adversamente as bac- térias aeróbicas. O dispositivo 32 é empregado juntamente com o dispositivo 36 para moni- torar e gerenciar o pH, e também os níveis de CO2 livre/ácido carbônico, na água. Em uso, quando o dispositivo 32 percebe um pH menor do que 6,5, a água deve ser desgaseificada, logo, o dispositivo de controle 36 aciona as entradas de gás 12B ou 26B para introduzir o ar no fluxo pressurizado do líquido tratado e/ou corrente pressurizada, respectivamente. A adi- ção do ar causa a desgaseificação ou separação do volume do líquido no recipiente 4. Quando o pH aumenta para em torno de 6,9, o dispositivo 36 aciona as entradas de gás 12B ou 26B para reduzir a taxa de fluxo do ar. É de preferência manter o pH entre 6,5 e 6,9 por- que esse valor é alto o suficiente para proteger os sólidos de bactérias e permitir a dissolu- ção do oxigênio, enquanto fornece um fluxo de ácido suavemente pressurizado do líquido tratado no recipiente 4 para evitar e remover a camada fina formada na superfície dos tubos da membrana 11.The CO2 formed in the degradation of organic constituents according to formula 1 dissolves in water to form carbonic acid and may adversely affect aerobic bacteria. Device 32 is used in conjunction with device 36 to monitor and manage pH as well as free CO2 / carbonic acid levels in water. In use, when device 32 realizes a pH of less than 6.5, water must be degassed, so control device 36 drives gas inlets 12B or 26B to introduce air into the pressurized flow of treated liquid and / or pressurized current, respectively. Addition of air causes degassing or separation of the volume of liquid in vessel 4. When the pH increases to around 6.9, device 36 triggers gas inlets 12B or 26B to reduce air flow rate. . It is preferable to keep the pH between 6.5 and 6.9 because this value is high enough to protect the solids from bacteria and allow oxygen dissolution while providing a gently pressurized acid flow from the treated liquid into the liquid. container 4 to prevent and remove the thin layer formed on the surface of the membrane tubes 11.

Existe um número de estratégias de controle alternativas para as descritas anteri- ormente. A estratégia de controle escolhida pode depender da "força" da água a ser tratada. Geralmente, não será possível tratar adequadamente efluentes fortes com a única fonte de gás óxico, que é fornecida a montante do separador de membrana 10. Ao contrário, será desejável fornecer um segundo gás óxico para a corrente pressurizada no conduto 22 em parte ou em todo o tratamento. Deve-se também ter em mente que uma das vantagens da clarificação da membrana em relação à clarificação por assentamento natural pela gravida- de é que a primeira permite a utilização de altas concentrações dos sólidos de bactérias suspensos no recipiente de tratamento 4. Como conseqüência, o tratamento no recipiente 4 pode ser intensificado em relação a um tratamento convencional, com um aumento conco- mitante na demanda de oxigênio pela água contaminada que está sendo tratada e uma taxa maior de formação de dióxido e carbono. O método e aparelho de acordo com a invenção podem fornecer o oxigênio necessário não somente através do primeiro gás óxico, mas também através do segundo gás óxico. Além disso, o segundo gás óxico pode ser selecio- nado de acordo com o pH instantâneo percebido e com a concentração de oxigênio dissol- vido da água contaminada no recipiente 4. Se o valor do pH é aceitável, ou seja, superior a 6, 5, o oxigênio pode se fornecido para os condutos 22A e, conseqüentemente, dissolvido na água contaminada. Utilizando o oxigênio no lugar do ar, taxas maiores dos níveis de transfe- rência e/ou de oxigênio dissolvido podem ser obtidas. Uma vez que o nível de oxigênio dis- solvido for aumentado para um mínimo escolhido, o fornecimento de oxigênio para o condu- to 22A pode ser interrompido ou reduzido e ao contrário, o ar ser fornecido para os condutos 22B. Se o valor do pH cair para abaixo de um mínimo escolhido, ou seja, 6,5, então a taxa de fornecimento de ar para a água contaminada no recipiente 4 é aumentada. Logo, aumen- tando a taxa de fornecimento de ar aumenta a taxa na qual o dióxido de carbono é retirado da solução, e portanto, o valor do pH é aumentado novamente. Caso uma condição de baixo pH seja percebida quando o oxigênio está sendo fornecido como o segundo gás óxico, o fornecimento do oxigênio é interrompido, e é iniciado o fornecimento de ar em sua maior taxa. Desta forma, alternando entre oxigênio e ar como o segundo gás óxico e variando sua taxa de fornecimento, concentrações adequadas de oxigênio dissolvido e níveis de pH po- dem ser mantidos na água contaminada a ser tratada. Se tal estratégia de controle é adota- da, é conveniente fornecer o primeiro gás óxico com uma taxa constante e uma composição constante.There are a number of alternative control strategies to those described above. The control strategy chosen may depend on the "strength" of the water to be treated. Generally, it will not be possible to adequately treat strong effluents with the only source of toxic gas, which is supplied upstream of membrane separator 10. In contrast, it will be desirable to provide a second toxic gas to the pressurized stream in conduit 22 in part or in whole. the treatment. It should also be borne in mind that one of the advantages of membrane clarification over natural settlement clarity by gravity is that the former allows the use of high concentrations of suspended bacterial solids in treatment vessel 4. As a consequence, treatment in container 4 may be intensified over conventional treatment, with a concomitant increase in oxygen demand for the contaminated water being treated and a higher rate of dioxide and carbon formation. The method and apparatus according to the invention may provide the required oxygen not only through the first toxic gas but also through the second toxic gas. In addition, the second toxic gas may be selected according to the perceived instantaneous pH and dissolved oxygen concentration of the contaminated water in container 4. If the pH value is acceptable, ie greater than 6, 5, oxygen may be supplied to the 22A ducts and consequently dissolved in contaminated water. By using oxygen in place of air, higher rates of transfer and / or dissolved oxygen levels can be obtained. Once the dissolved oxygen level is increased to a chosen minimum, oxygen supply to conduit 22A can be interrupted or reduced and, in contrast, air to be supplied to conduits 22B. If the pH value falls below a chosen minimum, ie 6.5, then the air supply rate for contaminated water in container 4 is increased. Thus, increasing the air supply rate increases the rate at which carbon dioxide is removed from the solution, and therefore the pH value is increased again. If a low pH condition is perceived when oxygen is being supplied as the second toxic gas, oxygen supply is interrupted, and air supply is started at its highest rate. Thus, alternating between oxygen and air as the second toxic gas and varying its supply rate, adequate dissolved oxygen concentrations and pH levels can be maintained in the contaminated water to be treated. If such a control strategy is adopted, it is convenient to provide the first toxic gas with a constant rate and a constant composition.

Se desejado, mais sistemas de controle sofisticados podem ser empregados. Por exemplo, as concentrações escolhidas de oxigênio dissolvido máximas e mínimas podem ser alteradas de acordo com a temperatura percebida da água a ser tratada. Em outro e- xemplo, a taxa de fornecimento do gás óxico pode ser adicionalmente alterada em resposta à taxa de alteração das concentrações de oxigênio dissolvido.If desired, more sophisticated control systems may be employed. For example, the chosen maximum and minimum dissolved oxygen concentrations may be changed according to the perceived temperature of the water to be treated. In another example, the rate of supply of the toxic gas may be further altered in response to the rate of change of dissolved oxygen concentrations.

Embora seja vantajoso utilizar a corrente de reciclo pressurizada como a corrente na qual o segundo gás óxico é introduzido, dessa forma eliminando a necessidade de outra corrente de água pressurizada ser introduzida no volume de água no recipiente, em certas situações, por exemplo, durante a manutenção do separador de membrana 10, outra corren- te pressurizada pode ser transportada ao longo do conduto 52, do fluxo pressurizado do líquido tratado no conduto 6, para o conduto 20.While it is advantageous to use the pressurized recycle stream as the stream into which the second toxic gas is introduced, thereby eliminating the need for another pressurized water stream to be introduced into the water volume in the container in certain situations, for example during In the maintenance of membrane separator 10, another pressurized stream may be conveyed along conduit 52, from the pressurized flow of treated liquid in conduit 6, to conduit 20.

Deve ser compreendido que o reciclo dos sólidos de bactérias para o recipiente 4, que é um aspecto inerente ao método e aparelho, de acordo com a invenção, tende a acu- mular esses sólidos. Como resultado, os sólidos de bactérias são descartados de preferên- cia do recipiente 4 através de uma saída 50, de tempo em tempo, e o sedimento resultante é descartado por incineração ou submetido à digestão ou a outro processo de tratamento bem conhecido na área.It should be understood that the recycling of bacterial solids into container 4, which is an inherent aspect of the method and apparatus according to the invention, tends to accumulate such solids. As a result, the bacterial solids are preferably disposed of container 4 through an outlet 50, from time to time, and the resulting sediment is disposed of by incineration or subjected to digestion or other treatment process well known in the art.

Claims

1. Method for treating aqueous liquid having an oxygen demand, CHARACTERIZED by the fact that it comprises: receiving a liquid stream in a container; reducing the oxygen demand of a liquid volume in the container by treating with suspended aerobic bacteria solids in the presence of dissolved oxygen; transporting the container to a pressurized treated liquid flow clarifying membrane separator, with that flow containing suspended aerobic bacterial solids, and the membrane separator containing a membrane arrangement capable of clarifying the pressurized flow; separating said pressurized flow through the membrane separator into (i) a pressurized recycle stream concentrated in aerobic bacterial solids and (ii) a clear liquid outlet stream; cleaning the membranes with a first toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, with the first toxic gas being transported out of the membrane separator into the pressurized recycle stream; returning the pressurized recycle stream below the volume surface of the liquid in the vial, thereby providing at least some oxygen which is then dissolved; introducing a second toxic gas selected from oxygen and air and mixtures thereof into the pressurized recycle stream and / or another pressurized aqueous liquid stream flowing into said volume, and controlling the total introduction rate of the first and second gas with respect to the pH and dissolved oxygen concentration of said aqueous liquid volume or related parameters.

Method according to claim 1, characterized in that the molar fraction of molecular oxygen in the first and / or second toxic gas is altered with respect to the pH and / or dissolved oxygen concentration of said liquid volume. .

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the bubbles of the first and second toxic gases are formed in the pressurized stream or streams of aqueous liquid, so that when these or these streams are subjected to sufficient pressure and velocity at the inlet of the volume of liquid in the container, the bubbles of said toxic gas break into smaller bubbles.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the introduction of the pressurized stream or streams into the liquid volume causes sufficient agitation to keep the solids in suspension.

Method according to any of the preceding claims, characterized in that the flow of treated liquid, current or currents are pressurized through a pump.

Method according to any of the preceding claims, characterized in that the first toxic gas is supplied at a constant rate.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second toxic gas comprises at least one first oxygen flow and at least a second air flow.

Method according to claim 7, characterized in that the relative rates of the first oxygen flow and the second air flow are changed relative to the instantaneous dissolved oxygen concentration.

A method according to claim 7 or 8, characterized in that the relative rates of the first oxygen flow and the second air flow are changed relative to the pH of said aqueous liquid volume.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the volume of the liquid in the container is maintained at pH 7 or lower.

Method according to claim 10, characterized in that the volume of the liquid in the container is maintained at a pH value between 6.9 and 6.5.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the membrane separator includes cross-flow membranes with tubular pores.

Method according to claim 12, characterized in that each membrane has an opening with an internal porous face and an external porous face, having a gradient of pore diameter increase from the inner to the outer face.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aerobic bacterial solids are mesophilic.

Method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the aerobic bacterial solids are thermophilic.

16. Apparatus for treating aqueous liquid having an oxygen demand, characterized by the fact that it comprises a treatment vessel for receiving the flow of aqueous liquid with an oxygen demand; a device for dissolving oxygen in said liquid in the presence of aerobic bacteria to reduce oxygen demand of a volume of said liquid; a pressurized flow conveyor of the treated liquid containing aerobic bacterial solids from the container through a conduit to a membrane separator capable of clarifying said treated liquid in a pressurized recycle stream concentrated in aerobic bacterial solids , and an outlet of transparent liquid; a device for introducing a first toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, into said membrane separator for cleaning said membrane separator; a conduit for conveying said pressurized recycle stream and said first toxic gas back below the volume surface of the aqueous liquid having oxygen demand in the container; a device for introducing a second toxic gas, selected from oxygen and air and mixtures thereof, into the conduit for transporting said pressurized recycle stream and said first toxic gas back below the volume surface of the aqueous liquid that is in demand. oxygen in the container and / or conduit for conveying another pressurized stream of aqueous liquid flowing into said volume of aqueous liquid that has oxygen demand in the container; and, a device for controlling the total rate of introduction of the first and second toxic gas with respect to the pH and dissolved oxygen concentration of said aqueous liquid volume or related parameters.